(57)【要約】【課題】  燃料電池セパレータの歩留まりを向上させつつ、分解ガスの影響を受けることなく、また、離型剤をその都度あるいは適宜塗布または噴霧する必要のない、燃料電池セパレータ製造用金型、及び、燃料電池セパレータの製造方法を提供すること。【解決手段】  燃料電池セパレータ用金型１を、金属粉末を燒結して形成した金型本体１１ａ，１１ｂと、ロック手段１２とを備えて構成する。そして、型開きした燃料電池セパレータ製造用金型１に燃料電池セパレータ用材料ｗ１を充填・加圧し、その型締め状態をロック手段１２で維持する。次いで、この燃料電池セパレータ製造用金型１ごと燒結し、脱型して燃料電池セパレータＷを得る。【選択図】        図２
2006004794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セパレータを製造する際に用いられる金型を、金属粉末を燒結して形成してなることを特徴とする燃料電池セパレータ製造用金型。
【請求項２】
燃料電池セパレータを製造する際に用いられる金型であって、金属粉末を燒結して形成された一対の金型本体と、前記金型本体の型締め状態を維持させるロック手段と、を備えたことを特徴とする燃料電池セパレータ製造用金型。
【請求項３】
前記ロック手段は、前記金型本体に連通孔を設けると共に、その連通孔に挿通させて締結させるボルト・ナットで構成され、その連通孔を介してボルト接合してなることを特徴とする請求項２記載の燃料電池セパレータ製造用金型。
【請求項４】
前記金型本体に、前記金属粉末を燒結して形成された微少空隙に離型剤が含浸されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の燃料電池セパレータ製造用金型。
【請求項５】
金属粉末を燒結して形成され燃料電池セパレータが成形可能な一対の金型本体と、前記金型本体の型締め状態を維持させるロック手段と、を備えてなる燃料電池セパレータ製造用金型を用いて燃料電池セパレータを製造する方法であって、
型開きした前記燃料電池セパレータ製造用金型に燃料電池セパレータ用材料を充填し、型締めして加圧し、前記金型本体を前記ロック手段でロックして型締め状態を維持し、この型締め状態が維持された前記燃料電池セパレータ製造用金型ごと加熱し、加熱終了後に前記料電池セパレータ製造用金型から前記燃料電池セパレータを脱型して得る、ことを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法。
【請求項６】
前記ロック手段は、前記金型本体に設けた連通孔と、その連通孔に挿通させるボルト・ナットとで構成され、型締め状態時にその連通孔にボルトを挿通しナットで締結する工程を有することを特徴とする請求項５記載の燃料電池セパレータの製造方法。
【請求項７】
前記金型本体に、前記金属粉末を燒結して形成された微少空隙に離型剤を含浸する工程を有し、その離型剤が含浸された金型本体を用いることを特徴とする請求項５又は６記載の燃料電池セパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セパレータを製造する際に用いられる金型と、その金型を用いた燃料電池セパレータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車や家庭電源のエネルギー源として、高効率かつ環境面から燃料電池の開発が盛んに行われている。この燃料電池は、イオン交換膜からなる固体電解質、白金触媒電極、各電極に燃料ガスあるいは酸化剤ガスを供給するガス供給用の溝を設けた燃料電池セパレータからなるセル構造を有しており、さらにこの単位セルを必要電力分だけ積層したスタックの状態で構成されている。
【０００３】
この燃料電池セパレータは、黒鉛粒子と熱可塑性樹脂との混合組成物（燃料電池セパレータ用材料）を加圧及び加熱して硬化されてなり、その製造方法として例えば以下のものがある。
【０００４】
予め溝を有する金型を前記熱可塑性樹脂の融点以上の温度まで昇温しておき、前記金型キャビティ内に前記混合組成物を充填し、前記混合組成物を溶融状態で所定の圧力で均一圧縮して賦形(forming)し、前記金型内で圧力をかけたまま、前記熱可塑性樹脂の熱変形温度より低い温度まで冷却して成形(molding)するものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１０９６２２（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この上記した製造方法によれば、限定した燃料電池セパレータ用材料によって、導電性が高く、溝部とリブ部の品質の均一性が高く、強度に優れ、且つ成形サイクルの短い燃料電池セパレータとその製造方法及び燃料電池を提供することができる、としており、好適なものと思料できるが、しかしながら、下記の問題点がある。
【０００６】
すなわち、燃料電池セパレータを製造するための金型自体について何ら改善を行っていないこと（記載がない）である。つまり、この上記した燃料電池セパレータを製造するための金型は、金属加工による一般的な金型ということになる。一般的に、この金属加工による金型は、極めて高価なものである。
【０００７】
この燃料電池が広く普及するには、性能の向上はもとより、まず生産コストを下げなければならない。
したがって、１つの金型を用意して上記の製造手順でもって製造するとなると、極めてタクトタイムが大きくなり、一方、複数の金型を用意するとすれば、燃料電池セパレータの製造コストに跳ね返ってしまう。
【０００８】
この上記したコスト面の問題点の他に、一般的な金属加工による金型を用いることによる技術的な問題点がある。
すなわち、燃料電池セパレータ用材料を加圧及び加熱して硬化させる際に、分解ガスが発生してしまい、製品（燃料電池セパレータ）に、悪影響を及ぼす虞があることである。
【０００９】
さらに、一般的な金属加工による金型は、製品を脱型しやすくするために、離型剤を適宜、あるいはその都度、塗布または噴霧しており、その工程や設備を要している。
【００１０】
そこで、本発明は、燃料電池セパレータの歩留まりを向上させつつ、分解ガスの影響を受けることなく、また、離型剤をその都度あるいは適宜塗布または噴霧する必要のない、燃料電池セパレータ製造用金型、及び、燃料電池セパレータの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記技術的課題を達成するために、本発明にかかる燃料電池セパレータ製造用金型、及び、燃料電池セパレータの製造方法は、下記の技術的手段を講じた。
すなわち、請求項１にかかる燃料電池セパレータ製造用金型は、燃料電池セパレータを製造する際に用いられる金型を、金属粉末を燒結して形成してなることを特徴とする。
請求項２にかかる燃料電池セパレータ製造用金型は、燃料電池セパレータを製造する際に用いられる金型であって、金属粉末を燒結して形成された一対の金型本体と、前記金型本体の型締め状態を維持させるロック手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項３にかかる燃料電池セパレータ製造用金型は、請求項２において、前記ロック手段は、前記金型本体に連通孔を設けると共に、その連通孔に挿通させて締結させるボルト・ナットで構成され、その連通孔を介してボルト接合してなることを特徴とする。
請求項４にかかる燃料電池セパレータ製造用金型は、請求項１〜３の何れか１項において、前記金型本体に、前記金属粉末を燒結して形成された微少空隙に離型剤が含浸されていることを特徴とする。
請求項５にかかる燃料電池セパレータ製造用金型は、金属粉末を燒結して形成され燃料電池セパレータが成形可能な一対の金型本体と、前記金型本体の型締め状態を維持させるロック手段と、を備えてなる燃料電池セパレータ製造用金型を用いて燃料電池セパレータを製造する方法であって、型開きした前記燃料電池セパレータ製造用金型に燃料電池セパレータ用材料を充填し、型締めして加圧し、前記金型本体を前記ロック手段でロックして型締め状態を維持し、この型締め状態が維持された前記燃料電池セパレータ製造用金型ごと加熱し、加熱終了後に前記料電池セパレータ製造用金型から前記燃料電池セパレータを脱型して得る、ことを特徴とする。
請求項６にかかる燃料電池セパレータの製造方法は、請求項５において、前記金型本体に設けた連通孔と、その連通孔に挿通させるボルト・ナットとで構成され、型締め状態時にその連通孔にボルトを挿通しナットで締結する工程を有することを特徴とする。
請求項７にかかる燃料電池セパレータの製造方法は、請求項５又は６において、前記金型本体に、前記金属粉末を燒結して形成された微少空隙に離型剤を含浸する工程を有し、その離型剤が含浸された金型本体を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃料電池セパレータ用金型を、金属粉末を燒結して形成されていることから、一対の親型を用意するだけで、大量に、かつ、安価に製造することができるうえに、金型内で分解ガスが発生しても、金属粉末を燒結して形成された微少空隙に、その分解ガスが逃げて、該分解ガスによる製品への悪影響を回避することができる。
【００１３】
また、金属粉末を燒結して形成した金型本体と、ロック手段とを備えて構成したことで、一対の親型を用意するだけで、大量に、かつ、安価に製造することができるうえに、金型単体で型締め状態を維持することが可能となり、したがって、加圧した状態で燃料電池セパレータ用材料を硬化する、とした燃料電池セパレータ製造において、複数の金型を用いて、一括して燃料電池セパレータが大量生産することができる。
【００１４】
また、金属粉末を燒結して形成される微少空隙に離型剤を予め含浸させたことにより、その都度あるいは適宜離型剤を塗布または噴霧する必要がなく、メンテンスフリーの金型が提供できる。
【００１５】
また、上記した燃料電池セパレータ用金型を用いて燃料電池セパレータを製造することによって、歩留まりを向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本実施の形態にかかる燃料電池セパレータ製造用金型、及び、燃料電池セパレータの製造方法を添付図面に基づいて説明する。図中、符号１は燃料電池セパレータ製造用金型を示す。
【００１７】
本実施の形態にかかる燃料電池セパレータ製造用金型１は、金型本体１１ａ，１１ｂと、ロック手段１２とを備えてなる。
金型本体１１ａ，１１ｂは、図１に示すように、鉄粉などの金属粉末を、一対の燃料電池セパレータ製造用金型１を形成するための所要の形状に形成された夫々の金型Ａ，Ｂ内に充填し、所要圧力でもって加圧し（図１（ａ）、（ｂ）参照）、連通孔１１ｃが設けられた一対の成形体１１ｄ、１１ｅを成形し（図１（ｃ）参照）、その一対の成形体１１ｄ、１１ｅを燒結炉Ｈ１でもって燒結（図１（ｄ）参照）することで形成されている（図１（ｅ）参照）。
すなわち、一対の金型本体１１ａ，１１ｂは、燒結金属からなり、安価に大量生産される。その一対の金型本体１１ａ，１１ｂには、型締め状態において連通する連通孔１１ｃが設けられている。
【００１８】
続いて、この一対の金型本体１１ａ，１１ｂは、その製造工程として、必要に応じてサイジングが行われて、寸法精度や強度を向上させる。
さらに、この一対の燃料電池セパレータ製造用金型１には、燒結金属特有の数μｍ以下程度の微少空隙が形成されており、必要に応じてその微少空隙に離型剤を予め含浸させる。
【００１９】
ロック手段１２は、ボルト１２ａと、ナット１２ｂとを備えて構成され、金型本体１１ａ，１１ｂが型締め状態の際に、その型締め状態が維持されるように、連通孔１１ｃにボルト１２ａを挿通させナット１２ｂで螺着される。
【００２０】
次に、以上のようにように構成された燃料電池セパレータ製造用金型１を用いた燃料電池セパレータＷの製造方法について、図２を参照しながら説明する。
まず、燒結金属で構成された金型本体１１ａ，１１ｂに離型剤を塗布（離型剤を予め含浸させた場合は省略することが可能）し、所望のプレス機（図示せず）にセットする。
【００２１】
次いで、型開き状態の燃料電池セパレータ製造用金型１に燃料電池セパレータ用材料ｗ１を充填する（図２（ａ）参照）。この燃料電池セパレータ用材料ｗ１は、熱硬化性樹脂と黒鉛とを必須成分として含有する原材料混合物を溶融混練したもので、周知のものである。
【００２２】
そして、プレス機を作動させて所要の圧力でもって型締めし加圧する（図２（ｂ）参照）、この型締め状態のまま、金型本体１１ａ，１１ｂに設けられた連通孔１１ｃにボルト１２ａを挿通させナット１２ｂを螺着させる（図２（ｃ）参照）。
このようにして型締め状態を維持させた燃料電池セパレータ製造用金型１を、所要温度を維持させたか加熱炉Ｈ２のコンベアに載置し、加熱炉Ｈ２内に移送させて、燃料電池セパレータ製造用金型１ごと加熱して熱硬化性樹脂を硬化反応させる。
【００２３】
加熱が終了したら、ボルト１２ａとナット１２ｂを金型本体１１ａ，１１ｂから取り外し、加熱硬化した燃料電池セパレータＷを脱型する。このようにして形成された燃料電池セパレータＷは、次工程にまわされる。
【００２４】
この、上記したプレス工程は、加熱硬化時間よりも短時間であるために、出来上がった燃料電池セパレータ製造用金型１に燃料電池セパレータ用材料ｗ１を充填し，漸次、加熱炉Ｈ２に通すことにより、極めて効率的に燃料電池セパレータＷを大量生産することができる。
【００２５】
以上、本実施の形態にかかる燃料電池セパレータ製造用金型、及び、燃料電池セパレータの製造方法を説明したが、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されるものではない。
たとえば、本実施の形態にかかる燃料電池セパレータ製造用金型は、ロック手段を設けたものを例示したが、ロック手段を設けていないとする従来の金型を、燒結金属で構成しても良い。その場合、上記した実施の形態と同様に、一対の親型を用意するだけで、大量に、かつ、安価に製造することができる。しかも、燒結金属で金型を構成したことにより、金型内で分解ガスが発生しても、金属粉末を燒結して形成された微少空隙に、その分解ガスが逃げて、該分解ガスによる製品への悪影響を回避することができ、また、その微少空隙に離型剤を予め含浸させておけば、その都度あるいは適宜離型剤を塗布または噴霧する必要がなく、メンテンスフリーの金型が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施の形態にかかる燃料電池セパレータ製造用金型の製造工程図である。
【図２】本実施の形態にかかる燃料電池セパレータ製造用金型を用いた燃料電池セパレータの製造工程図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  燃料電池セパレータ製造用金型
Ｗ  燃料電池セパレータ
ｗ１  燃料電池セパレータ用材料
Ｈ１  燒結炉（燃料電池セパレータ製造用金型の製造用）
Ｈ２  加熱炉（燃料電池セパレータの製造用）
Ａ、Ｂ  金型
１１ａ，１１ｂ  金型本体
１１ｄ、１１ｅ  成形体
１２  ロック手段
１１ｃ  連通孔
１２ａ  ボルト
１２ｂ  ナット
【図１】
2006004794.tif 000003
【図２】
2006004794.tif 000004